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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：一种可实现高精度和一体化加工的三自由度运动解耦柔顺机构，包括基础模块和运动解耦模块，运动解耦模块用于连接基础模块，实现其多个自由度及运动解耦，基础模块为立方体刚性块，作为安装基础和运动输入和输出的接口。运动解耦模块包括四个结构相同的解耦平移铰，每个解耦平移铰包含U形刚性块、解耦刚性块、输出刚性块及若干柔性薄片，四个解耦平移铰围成立方体的四个侧面。八个基础模块在空间中布置于正方体的八个顶点位置。本发明的运用解耦平移铰，能够极大得消除机构耦合位移的影响；整个机构便于一体化加工，结构紧凑，无需装配；整个机构各向同性，各项输入刚度相同，便于控制；基础模块功能可以随时互换，工作可靠度高，使用寿命长。

主权项：1.一种可实现高精度和一体化加工的三自由度运动解耦柔顺机构，其特征在于，所述的三自由度运动解耦柔顺机构包括基础模块1和运动解耦模块2；所述的运动解耦模块2用于连接基础模块1，实现基础模块1的多个自由度及运动解耦；所述的基础模块1为立方体刚性块，且不可发生弹性变形，是整个柔顺机构安装的基础，也是运动输入和输出的接口；所述的运动解耦模块2包括4个结构相同的解耦平移铰3，分别为解耦平移铰A301、B302、C303、D304，每个解耦平移铰包含1个U形刚性块3001，1个解耦刚性块3004，1个输出刚性块3007以及若干柔性薄片：所述的U形刚性块3001为一带缺口3011的对称矩形框，整体呈“U”字形，缺口3011位于框的一条边上；定义缺口3011所在边的方向为Y轴方向，垂直于缺口3011所在边的边朝向为X方向，按右手螺旋定则确定Z轴方向，则U形刚性块3001的“U”字形位于XY平面内，“U”字的法向为Z轴方向，缺口截面平行于XZ平面；所述的解耦刚性块3004为一矩形刚性块，其置于U形刚性块3001内部，解耦刚性块3004的两端面分别和U形刚性块3001的缺口截面重合，通过柔性薄片将U形刚性块3001和解耦刚性块3004相连；所述的输出刚性块3007为一矩形刚性块，其空间朝向与解耦刚性块3004一致且置于U形刚性块3001的缺口3011内，输出刚性块3007两端面与缺口截面之间存在空隙，即输出刚性块3007能在缺口中沿Y轴方向移动，此外输出刚性块3007在X轴方向上高出缺口所在边，保证输出刚性块3007在连接基础模块1时不产生运动干涉；输出刚性块3007的两端均通过柔性薄片与解耦刚性块3004相连，其中柔性薄片一端连接输出刚性块3007端面，另一端连接到解耦刚性块3004朝向缺口的表面，解耦平移铰3；所述解耦平移铰3为一平面机构，XY平面为该解耦平移铰3的所在平面；所述的解耦平移铰3所有构件在Z轴方向上厚度相等，且其在Y方向的宽度和基础模块1的边长相等；将2个相同的解耦平移铰A301和B302在空间中成直角布置，具体位置关系如下：二者所在平面互相垂直，且二者缺口朝向方向相反；解耦平移铰A301与解耦平移铰B302共用一条边；同理，将解耦平移铰C303加入其中使得其与解耦平移铰B302成直角布置，将解耦平移铰D304加入其中使得其与解耦平移铰C303成直角布置，最后解耦平移铰D304也会与解耦平移铰A301成直角布置，则4个解耦平移铰围成立方体的4个侧面，其中解耦平移铰A301和C303缺口朝向一致，解耦平移铰B302和D304缺口朝向一致；将上述4个解耦平移铰中A301和C303的输出刚性块3007用刚性梁连接成一整体，B302和D304的输出刚性块3007用刚性梁连接成一整体，将得到的整体称为接口刚性块305，每个运动解耦模块2有两个接口刚性块305，且两个接口刚性块305成空间垂直关系；所述的运动解耦模块2通过接口刚性块305与基础模块1相连，连接时接口刚性块305外侧矩形表面固连在基础模块1一面上且运动解耦模块2的4个外轮廓面分别和基础模块1的4个侧面重合；将8个基础模块1在空间中布置于正方体的8个顶点位置，按上层到下层，每层按逆时针的顺序编号为：基础模块A101、基础模块B102、基础模块C103、基础模块D104、基础模块E105、基础模块F106、基础模块G107、基础模块H108；采用12个运动解耦模块2连接相邻的两个基础模块1，整个柔顺机构通过切割方法一体化加工；可将基础模块C103、F106、H108作为基础固定在机架上，将基础模块B102、D104、E105连接驱动器用于运动输入，基础模块A101作为运动输出；连接基础模块B102、D104、E105的驱动器分别控制基础模块A101沿X、Y、Z方向的运动输出，且各个驱动器只对该驱动器驱动方向的运动有影响，可以实现三轴相互独立驱动。

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